Климатология осадков на Земле — это изучение осадков, подраздел метеорологии . Формально, более широкое исследование включает воду, падающую в виде кристаллов льда, т. е. град, мокрый снег, снег (части гидрологического цикла, известные как осадки ). Целью климатологии осадков является измерение, понимание и прогнозирование распределения осадков в различных регионах планеты Земля, фактора давления воздуха , влажности , топографии , типа облаков и размера капель дождя, посредством прямого измерения и получения данных дистанционного зондирования . Современные технологии точно предсказывают количество осадков на 3–4 дня вперед, используя численное прогнозирование погоды . Геостационарные орбитальные спутники собирают данные о длине волны в ИК- и визуальном диапазонах для измерения локализованных осадков в реальном времени путем оценки альбедо облаков , содержания воды и соответствующей вероятности дождя.
Географическое распределение осадков в значительной степени определяется типом климата, топографией и влажностью среды обитания. В горных районах обильные осадки возможны там, где поток вверх по склону максимален в пределах наветренных сторон местности на высоте. С подветренной стороны гор может существовать пустынный климат из-за сухого воздуха, вызванного компрессионным нагревом. Движение муссонного желоба , или внутритропической зоны конвергенции , приносит дождливые сезоны в климат саванн . Эффект городского острова тепла приводит к увеличению количества и интенсивности осадков с подветренной стороны городов. Потепление также может вызвать изменения в характере осадков во всем мире, включая более влажные условия в высоких широтах и в некоторых влажных тропических районах. [1] Осадки являются основным компонентом круговорота воды и отвечают за депонирование большей части пресной воды на планете. Около 486 000 кубических километров (117 000 кубических миль) [2] воды выпадает в виде осадков каждый год; 373 000 кубических километров (89 000 кубических миль) из них над океанами. [2] Учитывая площадь поверхности Земли, это означает, что глобальное среднегодовое количество осадков составляет 954 миллиметра (37,6 дюйма). Системы классификации климата, такие как система классификации климата Кеппен, используют среднегодовое количество осадков, чтобы помочь дифференцировать различные климатические режимы.
Большая часть Австралии полузасушливая или пустынная, что делает ее самым сухим континентом в мире (исключая Антарктиду). Количество осадков в Австралии в основном регулируется движением муссонного желоба во время летнего сезона дождей, а меньшие количества выпадают зимой и весной в самых южных районах.
Почти вся Северная Африка является полузасушливой, засушливой или гиперзасушливой, включая пустыню Сахара , которая является крупнейшей жаркой пустыней в мире, в то время как Центральная Африка (известная как Африка к югу от Сахары ) имеет ежегодный сезон дождей, регулируемый движением внутритропической зоны конвергенции или муссонной ложбины, хотя пояс Сахеля, расположенный на юге пустыни Сахара, знает чрезвычайно интенсивный и почти постоянный сухой сезон и получает только минимальное количество осадков летом.
По всей Азии большой годовой минимум осадков, состоящий в основном из пустынь, простирается от пустыни Гоби в Монголии на запад-юго-запад через Пакистан и Иран в Аравийскую пустыню в Саудовской Аравии. В Азии осадки благоприятствуются в ее южной части от Индии на восток и северо-восток через Филиппины и южный Китай в Японию из-за муссонов, переносящих влагу в основном из Индийского океана в регион. Похожие, но более слабые муссонные циркуляции присутствуют над Северной Америкой и Австралией.
В Европе самые влажные регионы находятся в Альпах и с подветренной стороны водоемов, особенно на западном побережье Атлантического океана.
В Северной Америке наиболее засушливыми районами Соединенных Штатов являются пустыня Юго-Запад, Большой Бассейн, долины северо-восточной Аризоны, восточная Юта, центральный Вайоминг и бассейн Колумбии. Другие засушливые регионы внутри континента — это дальний север Канады и пустыня Сонора на северо-западе Мексики. Тихоокеанский северо-запад Соединенных Штатов, Скалистые горы Британской Колумбии и прибрежные хребты Аляски — самые влажные места в Северной Америке. Экваториальный регион около Зоны внутритропической конвергенции (ЗВТ), или муссонной ложбины , является самой влажной частью континентов мира. Ежегодно пояс дождей в тропиках продвигается на север к августу, затем возвращается на юг в Южное полушарие к февралю и марту. [3]
.svg/1280px-World_K%C3%B6ppen_Classification_(with_authors).svg.png)
Классификация Кеппен зависит от среднемесячных значений температуры и осадков. Наиболее часто используемая форма классификации Кеппен имеет пять основных типов, обозначенных буквами от A до E. В частности, основными типами являются A, тропический; B, сухой; C, умеренный в средних широтах; D, холодный в средних широтах; и E, полярный. Пять основных классификаций можно далее разделить на вторичные классификации, такие как дождевой лес , муссонный , тропическая саванна , влажный субтропический , влажный континентальный , океанический климат , средиземноморский климат , степь , субарктический климат , тундра , полярная ледяная шапка и пустыня .
Дождевые леса характеризуются высоким уровнем осадков, при этом определения устанавливают минимальное нормальное годовое количество осадков от 1750 миллиметров (69 дюймов) до 2000 миллиметров (79 дюймов). [ 5] Тропическая саванна — это биом лугов , расположенный в полузасушливых и полувлажных климатических регионах субтропических и тропических широт, с количеством осадков от 750 миллиметров (30 дюймов) до 1270 миллиметров (50 дюймов) в год. Они широко распространены в Африке, а также встречаются в Индии, северных частях Южной Америки, Малайзии и Австралии. [6] Влажная субтропическая климатическая зона, где зимние осадки (а иногда и снегопады ) связаны с большими штормами , которые западные ветры направляют с запада на восток. Большая часть летних осадков выпадает во время гроз и из-за случайных тропических циклонов . [7] Влажный субтропический климат находится на восточной стороне континентов, примерно между 20° и 40° широты от экватора. [8]
Океанический (или морской) климат обычно встречается вдоль западных побережий в средних широтах всех континентов мира, граничащих с прохладными океанами, а также с юго-восточной Австралией, и сопровождается обильными осадками круглый год. [9] Средиземноморский климатический режим напоминает климат земель в Средиземноморском бассейне , части западной части Северной Америки, части Западной и Южной Австралии , на юго-западе Южной Африки и в частях центральной части Чили . Климат характеризуется жарким, сухим летом и прохладной, влажной зимой. [10] Степь — это сухие луга . [11] Субарктический климат холодный с непрерывной вечной мерзлотой и небольшим количеством осадков. [12]
В тропических зонах наблюдается наибольшее количество штормовых событий, за которыми следует умеренный климат. В недавнем исследовании [13] исследователи из 63 стран объединили данные о 30-минутных осадках, чтобы оценить глобальную эрозионную активность осадков (индекс, объединяющий количество, частоту и интенсивность осадков). В засушливых и холодных климатических зонах наблюдается очень низкое количество эрозионных событий.
Северная половина континента в основном представляет собой пустыню, включающую обширную пустыню Сахара , в то время как ее южные районы содержат как саванну , так и равнины , а ее центральная часть содержит очень густые джунгли ( тропические леса ). Экваториальный регион около зоны внутритропической конвергенции является самой влажной частью континента. Ежегодно дождевой пояс через континент продвигается на север в Африку к югу от Сахары к августу, а затем возвращается на юг в южно-центральную Африку к марту. [3] Мезомасштабные конвективные системы, которые формируются в тандеме с тропическими волнами , которые движутся вдоль зоны внутритропической конвергенции в летние месяцы, становятся рассадой тропических циклонов, которые формируются в северной части Атлантического океана и северо-восточной части Тихого океана. [14] Районы с климатом саванны в странах Африки к югу от Сахары , такие как Гана , Буркина-Фасо , [15] [16] Дарфур , [17] Эритрея , [18] Эфиопия , [19] и Ботсвана имеют ярко выраженный сезон дождей. [20]
В пределах Мадагаскара пассаты приносят влагу на восточные склоны острова, которая оседает в виде осадков, и приносят более сухие нисходящие ветры в районы юга и запада, оставляя западные части острова в дождевой тени. Это приводит к значительно большему количеству осадков в северо-восточных частях острова, чем в юго-западных частях Мадагаскара. [ 21] Южная Африка получает большую часть своих осадков от летних конвективных штормов и внетропических циклонов, движущихся через западные ветры . Раз в десятилетие тропические циклоны приводят к чрезмерному количеству осадков по всему региону. [22]
Большой годовой минимум осадков, состоящий в основном из пустынь, простирается от пустыни Гоби в Монголии на запад-юго-запад через Пакистан и Иран в Аравийскую пустыню в Саудовской Аравии. Осадки по всему континенту благоприятствуют его южной части от Индии на восток и северо-восток через Филиппины и южный Китай в Японию из-за муссона, переносящего влагу в основном из Индийского океана в регион. [23] Муссонная ложбина может достигать севера до 40-й параллели в Восточной Азии в августе, а затем двигаться на юг. Ее продвижение к полюсу ускоряется с началом летнего муссона, который характеризуется развитием более низкого давления воздуха ( термического минимума ) над самой теплой частью Азии. [24] [25] [26] Черапунджи , расположенный на южных склонах Восточных Гималаев в Шиллонге , Индия, является одним из самых влажных мест на Земле со средним годовым количеством осадков 11 430 мм (450 дюймов). Наибольшее количество осадков, зарегистрированное за один год, составило 22 987 мм (904,9 дюйма) в 1861 году. Среднее значение за 38 лет в Маусинраме , Мегхалая , Индия, составляет 11 873 мм (467,4 дюйма). [27] Более низкие максимумы осадков наблюдаются на средиземноморском и черноморском побережьях Турции и в горах Таджикистана.
Большая часть Австралии полузасушливая или пустынная, [28] что делает ее самым сухим континентом в мире после Антарктиды. Движение муссонного желоба связано с пиком сезона дождей на континенте. [29] Северные части континента видят больше всего осадков, которые концентрируются в летние месяцы. Зимой и весной на юге Австралии выпадает максимальное количество осадков. Во внутренней пустыне больше всего осадков выпадает весной и летом. [30] Самым влажным местом является гора Белленден-Кер на северо-востоке страны, где в среднем выпадает 8000 миллиметров (310 дюймов) осадков в год, а в 2000 году было зафиксировано более 12000 миллиметров (470 дюймов) осадков. [31] Хотя Мельбурн считается значительно более влажным городом, чем Сидней , в Сиднее в среднем выпадает 1212 мм (47,8 дюйма) осадков в год по сравнению с 650 мм (25,5 дюйма) в Мельбурне, хотя Сидней значительно солнечнее и получает меньше дождливых дней. [32] [33]
Река Кропп в Новой Зеландии имеет 4-е по величине количество осадков в мире со средним показателем 11499 мм в год. Длина реки может быть всего 9 км, но она, безусловно, превосходит свой вес по количеству осадков. [34]
На ежегодной основе осадки по всему континенту благоприятствуют в Альпах и от Словении на юг до западного побережья Греции. [35] Другие максимумы существуют в западной Грузии, северо-западной Иберии , западной Великобритании и западной Норвегии. Максимумы вдоль восточных побережий водоемов обусловлены западным ветровым потоком, который доминирует по всему континенту. Основная часть осадков по всему Альпам выпадает в период с марта по ноябрь. Влажный сезон в странах, граничащих со Средиземноморьем, длится с октября по март, причем ноябрь и декабрь обычно являются самыми влажными месяцами. Летние осадки по всему континенту полностью испаряются в теплую атмосферу, оставляя зимние осадки источником грунтовых вод для Европы. [36] Мезомасштабные дождевые системы во время сезона дождей распространяются на юг и восток по Средиземноморью, при этом в западных частях моря выпадает на 20 процентов больше осадков, чем в восточных частях моря. [35]
Европейский муссон (более известный как Возвращение западных ветров ) является результатом возрождения западных ветров из Атлантики, где они становятся загруженными ветром и дождем. [37] Эти западные ветры являются обычным явлением во время европейской зимы, но они ослабевают с приближением весны в конце марта и в апреле и мае. Ветры снова усиливаются в июне, поэтому это явление также называют «возвращением западных ветров». [38] Дождь обычно приходит двумя волнами, в начале июня и снова в середине-конце июня. Европейский муссон не является муссоном в традиционном смысле, поскольку он не отвечает всем требованиям, чтобы быть классифицированным как таковой. Вместо этого Возвращение западных ветров больше рассматривается как конвейерная лента, которая доставляет ряд центров низкого давления в Западную Европу, где они создают несезонную погоду. Эти штормы обычно характеризуются значительно более низкими, чем средние, температурами, сильным дождем или градом, громом и сильным ветром. [39] Возвращение западных ветров влияет на североатлантическое побережье Европы, точнее на Ирландию, Великобританию, страны Бенилюкса , западную Германию, северную Францию и части Скандинавии. В данных об осадках в Северной Европе между Великобританией и Германией наблюдаются циклы, которые наблюдаются с 16-летним интервалом. Южная Европа испытывает 22-летний цикл в изменении количества осадков. Другие менее продолжительные циклы наблюдаются с 10-12-летними и 6-7-летними периодами в записи об осадках. [40] Места со значительным воздействием кислотных дождей по всему континенту включают большую часть Восточной Европы от Польши на север до Скандинавии . [41]
Осадки по всей Канаде самые высокие в горных хребтах в западных частях из-за берегового потока, приносящего тихоокеанскую влагу в горы, что впоследствии заставляет их склоны подниматься и выпадать значительные осадки, в основном между августом и маем. Мезомасштабные конвективные системы обычны в середине лета вблизи центральной границы с Соединенными Штатами от провинций Прерий на восток к Великим озерам. Юго-восточные районы страны также влажные из-за развития внетропических циклонов вдоль восточного побережья континента, которые движутся на север в Атлантическую Канаду. В летние и осенние месяцы тропические циклоны из Атлантического бассейна также возможны через Атлантическую Канаду. Количество уменьшается по мере продвижения вглубь страны от Тихоокеанского и Атлантического побережий и с юга на север к Арктике. [42]
Количество осадков сильно различается как в зависимости от местоположения, так и от сезона. Засушливые или полузасушливые условия встречаются на полуострове Нижняя Калифорния , в северо-западном штате Сонора , на северном альтиплано, а также в значительных частях южного Альтиплано. Количество осадков в этих регионах в среднем составляет от 300 до 600 миллиметров (от 11,8 до 23,6 дюйма) в год, с меньшим количеством в Нижней Калифорнии Норте. Среднее количество осадков составляет от 600 до 1000 миллиметров (от 23,6 до 39,4 дюйма) в большинстве основных населенных пунктов южного альтиплано, включая Мехико и Гвадалахару . Низменные районы вдоль Мексиканского залива получают более 1000 миллиметров (39,4 дюйма) осадков в среднем за год, при этом самым влажным регионом является юго-восточный штат Табаско, где обычно выпадает около 2000 миллиметров (78,7 дюйма) осадков в год. Части северного альтиплано, высокогорья и высокие пики в Сьерра -Мадре-Оксиденталь и Сьерра-Мадре-Оксиденталь иногда получают значительные снегопады.
В Мексике ярко выражены влажный и сухой сезоны. Большая часть страны переживает сезон дождей с июня по середину октября и значительно меньше осадков в течение остальной части года. Февраль и июль, как правило, являются самыми сухими и самыми влажными месяцами соответственно. Например, в Мехико в среднем выпадает всего 5 миллиметров (0,2 дюйма) осадков в феврале, но более 160 миллиметров (6,3 дюйма) в июле. Прибрежные районы, особенно вдоль Мексиканского залива, испытывают наибольшее количество осадков в сентябре. В Табаско обычно регистрируется более 300 миллиметров (11,8 дюйма) осадков в течение этого месяца. Небольшая прибрежная зона северо-западного побережья Мексики вокруг Тихуаны имеет средиземноморский климат со значительным прибрежным туманом и сезоном дождей, который приходится на зиму.
Тропические циклоны следуют вблизи и вдоль западного побережья Мексики, в основном между июлем и сентябрем. [43] Эти штормы усиливают циркуляцию муссонов над северо-западом Мексики и юго-западом Соединенных Штатов. [44] В среднем, тропические циклоны восточной части Тихого океана приносят около одной трети годового количества осадков вдоль Мексиканской Ривьеры и до половины осадков, наблюдаемых ежегодно в Нижней Калифорнии Южной. [45] Мексика в два раза чаще (18% от общей площади бассейна) подвергается воздействию тихоокеанского тропического циклона на своем западном побережье, чем атлантического тропического циклона на своем восточном побережье (9% от общей площади бассейна). Три наиболее пострадавших штата в Мексике за 50 лет в конце 20-го века были Нижняя Калифорния Южная , Синалоа и Кинтана-Роо . [46]
Поздним летом и осенью внетропические циклоны приносят большую часть осадков , которые ежегодно выпадают на западной, южной и юго-восточной Аляске . Осенью, зимой и весной тихоокеанские штормовые системы приносят большую часть своих осадков на Гавайи и запад Соединенных Штатов. [47] Северо-восточные ветры, двигаясь вверх по восточному побережью, приносят осадки холодного сезона в штаты Средней Атлантики и Новой Англии. [48] Летом юго-западный муссон в сочетании с влагой Калифорнийского и Мексиканского заливов, перемещающейся вокруг субтропического хребта в Атлантическом океане, приносят обещание дневных и вечерних гроз в южный ярус страны, а также на Великие равнины . [47] Тропические циклоны усиливают осадки в южных частях страны, [49] а также в Пуэрто-Рико , [50] [51] на Виргинских островах Соединенных Штатов , [52] на Северных Марианских островах , [53] на Гуаме и Американском Самоа . Над вершиной хребта струйное течение приносит летний максимум осадков в Великие озера . Крупные грозовые зоны, известные как мезомасштабные конвективные комплексы, перемещаются через Равнины, Средний Запад и Великие озера в теплый сезон, внося до 10% годовых осадков в регион. [54]
Эль -Ниньо–Южное колебание влияет на распределение осадков, изменяя характер осадков на Западе, [55] Среднем Западе, [56] [57] Юго-Востоке, [58] и во всех тропиках. Также есть свидетельства того, что глобальное потепление приводит к увеличению осадков в восточных частях Северной Америки, в то время как засухи становятся более частыми в тропиках и субтропиках. [59] Восточная половина смежных Соединенных Штатов к востоку от 98-го меридиана , горы Тихоокеанского Северо-Запада и хребет Сьерра-Невада являются более влажными частями страны, со средним количеством осадков, превышающим 30 дюймов (760 мм) в год. Более сухими районами являются пустынный Юго-Запад, Большой Бассейн, долины северо-восточной Аризоны, восточной Юты, центрального Вайоминга, восточного Орегона и Вашингтона и северо-восток Олимпийского полуострова . [60] В Биг-Бог на острове Мауи в среднем выпадает 404 дюйма (10 300 мм) осадков каждый год, что делает его самым влажным местом в США и во всей Океании, за исключением реки Кропп в Новой Зеландии.| [34] [61]
Среднегодовые максимальные значения осадков по всему континенту лежат на северо-западе от северо-запада Бразилии до северного Перу, Колумбии и Эквадора, затем вдоль атлантического побережья Гайаны и далеко на севере Бразилии, а также в пределах южной половины Чили. Льоро , город, расположенный в Чоко , Колумбия , вероятно, является местом с наибольшим измеренным количеством осадков в мире, в среднем 13 300 мм в год (523,6 дюйма). [62] Фактически, весь департамент Чоко необычайно влажный. Тутунендо , небольшой город, расположенный в том же департаменте, является одним из самых влажных мест на Земле, в среднем 11 394 мм в год (448 дюймов); в 1974 году город получил 26 303 мм (86 футов 3½ дюйма), наибольшее годовое количество осадков, измеренное в Колумбии. В отличие от Черапунджи, который получает большую часть осадков в период с апреля по сентябрь, Тутунендо получает дожди почти равномерно распределенные в течение года. В январе и феврале штормы бывают несколько реже. В среднем в Тутунендо 280 дней с дождями в году. Более ⅔ осадков (68%) выпадает ночью. Средняя относительная влажность составляет 90%, а средняя температура составляет 26,4 °C. [63] Кибдо , столица Чоко, получает больше всего осадков в мире среди городов с населением более 100 000 человек: 9000 миллиметров (350 дюймов) в год. [62] Штормы в Чоко могут выпадать до 500 мм (19,7 дюймов) осадков в день. Это количество больше, чем выпадает во многих городах за год. Горный хребет Анд блокирует тихоокеанскую влагу, которая поступает на этот континент, что приводит к пустынному климату с подветренной стороны западной Аргентины. [64]
Помимо влияния на температуру, городские острова тепла (UHI) могут оказывать вторичное воздействие на местную метеорологию, включая изменение местных ветровых моделей, развитие облаков и тумана, влажность и скорость осадков. [65] Дополнительное тепло, обеспечиваемое UHI, приводит к большему движению вверх, что может вызвать дополнительную ливневую и грозовую активность. Уровень осадков по ветру от городов увеличивается от 48% до 116%. Отчасти в результате этого потепления ежемесячное количество осадков примерно на 28% больше на расстоянии от 20 миль (32 км) до 40 миль (64 км) по ветру от городов, по сравнению с наветренной стороной. [66] В некоторых городах общее количество осадков увеличивается на 51%. [67] Используя спутниковые снимки, исследователи обнаружили, что городской климат оказывает заметное влияние на сезоны роста растений на расстоянии до 10 километров (6 миль) от границ города. Вегетационный период в 70 городах восточной части Северной Америки был примерно на 15 дней длиннее в городских районах по сравнению с сельскими районами за пределами влияния городов. [68] [69]